电力系统谐波危害性分析与对策研究

孔繁玲+李丹

摘要：文章介绍了电力谐波的基本概念、它的来源、它的危害性，它的影响，最后提出了谐波的治理方法。

关键词：电力系统；谐波分析；抑制方法

随着电力电子技术的飞速发展，谐波的危害日益严重，谐波事故不断发生，对电力设备、电力用户和通信线路产生了诸多有害影响。另一方面，现代用电设备对电能质量更加敏感，对供电质量提出了更高的要求，所以谐波研究和治理越来越受到人们的重视。

一、谐波的基本概念

国际通用的定义谐波为：频率是整数倍个基波频率，并且是一个波形是正弦波的电气量的一个周期的正分量。

用谐波频率除以基波频率所得的整数即为谐波次数，一般用A表示。

上述定义得出谐波次数是一个整数，如我国电力系统的额定频率为50Hz，则基波频率为50Hz，二次谐波频率为100Hz，三次谐波频率为150Hz。

二、电力频率谐波的由来范围

发电源质量不高产生谐波，输配电系统产生的谐波，用户设备产生的谐波是电网谐波产生的主要来源，其中用电设备产生的谐波最多。

（一）在用电设备中产生谐波

晶闸管整流设备。由于品闸管整流在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等许多方面得到了越来越广泛的应用，给电网造成了大量的諧波。晶闸管整流装置采用移相控制。从电网吸收的是缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，显然是留下部分中含有大量的谐波，这是最大的谐波源。

（二）变频装置。变频装置常用于风机、水泵、电梯等设备中，由于采用相位控制，谐波成分很复杂，除含有整数次谐波外，还含有分数次谐小组，这类装置的功率一般较大，随着变频调整的发展，对电网造成的谐波也越来越多。

（三）电弧炉、电石炉：由于三相负荷难以平衡，产生谐波电流，经变压器的三角形连接线圈而注入电网。其中主要是27次的谐波，平均可达基波的8%-20%，最大可达45%。

（四）气体放电类光源：分析与测量这类电光源的伏安特性，可知其非线性十分严重，有的还含有负的伏安特性，它们会给电网造成奇次谐波。

（五）具有调压整流装置的家用电器，会产生较深的奇次谐波。在有绕组设备的电器中，因不平衡电流的变化也能使波形改变。这些家用电器虽然功率较小，但数量巨大，也是谐波的主要来源之一。

三、电力系统谐波的危害性分析

（一）谐波可引起系统的电感、电容发生谐振，使谐波放大，损坏系统设备引发系统事故，威胁电力系统的安全运行。

（二）谐波对供电线路产生了附加损耗。当大量的三次谐波流过中性线时，会使导线过热，损害绝缘，引起短路甚至火灾。

（三）谐波会干扰计算机系统等电子设备的正常工作，造成数据丢失或死机。

（四）谐波会影响无线电发射系统、雷达系统、核磁共振等设备的工作性能，造成噪声干扰和图像紊乱。

（五）谐波会影响电气设备的正常工作，使电机产生机械振动和噪声等故障，变压器局部严重过热，电容器、电缆等设备过热，绝缘部分老化、变质、设备寿命缩减，直至最终损坏。

（六）谐波会使电气测量仪表计量不准确，产生计量误差，给供电部门或电力用户带来直接的经济损失。

（七）谐波会对设备附近的通信系统产生干扰，轻则产生噪声，降低通信质量，重则导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。

（八）谐波会引起电网谐振，可能将谐波电流放大几倍甚至数十倍，会对系统构成重大威胁，特别是对电容器和与之串联的电抗器，电网谐振常会使之烧毁。

（九）谐波会导致继电保护和自动装置误动作，造成不必要的供电中断和损失。

四、谐波对用电营销工作的影响分析

（一）谐波时电能计量的影响造成交易不公平谐波源产生谐波后，全部向系统注入，通过系统内部的输变电设备和网内客户的用电设备消化吸收。

（二）谐波对线损的影响

由于谐波的注入，在系统内随机流动，偶尔还引起局部振荡，造成线路损耗和母线不平衡电流就被放大，大电流造成设备发热，母线不平衡电流增大，如果遇有操作，还可诱发谐振，造成巨大的损耗。

（三）谐波对正常客户的影响

正常客户的用电设备，吸收了通过电网转送来的谐波后，产生一些不利的后果，严重影响了客户的正常用电，如电机跳闸，照明忽明忽暗，音讯设备噪音增大等，对电力企业产生抱怨，满意度下降，给营销工作带来负面影响。

五、电力系统的谐波治理与抑制方法

（一）在谐波源处吸收谐波电流：这类方法是对已有的谐波进行有效抑制的方法，就是目前电力系统使用最广泛的抑制谐波方法。

（二）整流电路的多重化：整流电路的多重化，即将多个方波叠加，以消除次数较低的谐波，从而得到接近正弦波的阶梯波。重数越多，波形越接近正弦波，但其电路也越复杂，因此该方法一般只用于大容量场合。

（三）合理安排电力系统运行与接线方式：增加电网的短路容量、提高电气设备的短路比，来降低谐波对同一电网上其他设备的影响。

（四）尽量选用高功率因数的整流器：采用整流器的多重化来减少谐波是一种传统方法，用该方法构成的整流器还不足以称之为高功功率因数整流器。该方法只能在设备设计上过程中加以注意，从而得到实践中的谐波抑制效果。

（五）改善供电环境：选择合理的供电电压并尽可能保持三相电压平衡，可以有效地减小谐波对电网的影响。谐波源由较大容量的供电点或高一级电压的电网供电，承受谐波的能力将会增大。对谐波源负荷由专门的线路供电，减少谐波对其它负荷的影响，也有助于集中抑制和消除高次谐波。

结束语：

通过分析谐波对用电营销的影响，提出了防范和治理谐波的措施，从而降低了谐波对电网的影响，适应了当今电力企业“绿色用电”的这一节能理念，控制和管理好谐波对电网的影响，是摆在用电营销工作者面前的一道长期的课题，应不断加快解决。

参考文献：

[1]周晓红，电力系统运行中频率谐波的危害及消除方法，民营科技，2008年第11期

[2]杜善武，任福贵，论谐波危害与抑制方法，中国电子商务，2012.03

[3]简树森，电力系统谐波产生、危害、检测与治理的研究，民营科技，2011年第5期